JP5284582B2 - Method for producing organic thin film transistor - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関するもので、特に、有機薄膜トランジスタ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the same, and more particularly to an organic thin film transistor and a method for manufacturing the same.
通常、薄膜トランジスタは、イメージ表示用ディスプレイにおいてスイッチ素子として用いられるもので、薄膜トランジスタのうち有機薄膜トランジスタは、半導体層材料として半導体性有機物質を使用し、ガラス基板の代りにフレキシブルな基板を使用する点を除けば、シリコン薄膜トランジスタと構造的に類似した形態を有する。 A thin film transistor is usually used as a switching element in an image display. Among thin film transistors, an organic thin film transistor uses a semiconductive organic material as a semiconductor layer material and uses a flexible substrate instead of a glass substrate. Except for this, it has a structure similar in structure to a silicon thin film transistor.
有機薄膜トランジスタは、図１に示すように、下部基板５１上に金属を用いて形成されたゲート電極５２ａと、ゲート電極５２ａを含む下部基板５１に形成されるゲート絶縁膜５３と、ゲート電極５２ａの両エッジにオーバーラップされるようにゲート絶縁膜５３上にそれぞれ形成されたソース電極５５ａ及びドレーン電極５５ｂと、ソース／ドレーン電極５５ａ，５５ｂを含むゲート絶縁膜５３上に形成された有機半導体層５４とから構成される。 As shown in FIG. 1, the organic thin film transistor includes a gate electrode 52a formed using metal on the lower substrate 51, a gate insulating film 53 formed on the lower substrate 51 including the gate electrode 52a, and a gate electrode 52a. An organic semiconductor layer 54 formed on the gate insulating film 53 including the source electrode 55a and the drain electrode 55b respectively formed on the gate insulating film 53 so as to be overlapped with both edges, and the source / drain electrodes 55a and 55b. It consists of.
ソース／ドレーン電極５５ａ，５５ｂは、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）などの金属無機物質を用いて形成する。 The source / drain electrodes 55a and 55b are formed using a metal inorganic material such as palladium (Pd) or silver (Ag).
また、上記のような有機薄膜トランジスタにおいては、ゲート絶縁膜５３を有機物質によって形成することもできるが、有機物質によって形成されたゲート絶縁膜５３と、無機物質、すなわち、金属によって形成されるソース／ドレーン電極５５ａ，５５ｂとの間の接着力を向上させるために、ゲート絶縁膜５３にプラズマ表面処理が行われる。 In the organic thin film transistor as described above, the gate insulating film 53 can be formed of an organic material. However, the gate insulating film 53 formed of an organic material and a source / source formed of an inorganic material, that is, a metal. In order to improve the adhesive force between the drain electrodes 55a and 55b, a plasma surface treatment is performed on the gate insulating film 53.
しかしながら、プラズマ処理が行われたゲート絶縁膜５３は、親水性を有するようになり、親水性のゲート絶縁膜５３上に有機半導体層が形成される場合、小さいグレイン（ｇｒａｉｎ）を有する有機半導体層に成長する。 However, the plasma-processed gate insulating film 53 has hydrophilicity, and when an organic semiconductor layer is formed on the hydrophilic gate insulating film 53, the organic semiconductor layer having a small grain. To grow.
図２Ａには、プラズマ処理が行われず、疎水性を有するゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層のグレイン構造を示しており、図２Ｂには、プラズマ処理が行われ、親水性を有するゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層のグレイン構造を示している。これらを比較してみると、親水性のゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層のグレイン構造は、疎水性のゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層のグレイン構造より小さいことが分かる。 FIG. 2A shows a grain structure of an organic semiconductor layer formed on a hydrophobic gate insulating film without plasma treatment, and FIG. 2B shows a hydrophilic gate with plasma treatment. The grain structure of the organic-semiconductor layer formed on the insulating film is shown. Comparing these, it can be seen that the grain structure of the organic semiconductor layer formed on the hydrophilic gate insulating film is smaller than the grain structure of the organic semiconductor layer formed on the hydrophobic gate insulating film.
従来の有機薄膜トランジスタにおいては、親水性のゲート絶縁膜上に、小さいグレインサイズを有する有機半導体層が形成される場合、小さいグレインサイズによってチャージトラップサイト（ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｐ ｓｉｔｅ）として作用するグレインバウンダリ（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）が多くなるので、有機半導体層の電気的特性が低下するという問題点があった。 In a conventional organic thin film transistor, when an organic semiconductor layer having a small grain size is formed on a hydrophilic gate insulating film, the grain boundary acts as a charge trap site due to the small grain size. ) Increases, the electrical characteristics of the organic semiconductor layer deteriorate.
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、ソース／ドレーン電極と有機半導体との間の接触面で発生する接触抵抗を減少させることで、素子の特性を向上できる有機薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。 The present invention is for solving the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to reduce the contact resistance generated at the contact surface between the source / drain electrode and the organic semiconductor, thereby improving the device characteristics. It is an object to provide a thin film transistor and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するための本発明に係る有機薄膜トランジスタは、基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記ゲート電極の両エッジにそれぞれオーバーラップされるソース／ドレーン電極と、前記ソース／ドレーン電極を含むゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層と、前記ソース／ドレーン電極と前記ゲート絶縁膜との間に形成された親水性の第１接着層と、前記ゲート絶縁膜と前記有機半導体層との間に形成された疎水性の第２接着層と、を含む。 In order to achieve the above object, an organic thin film transistor according to the present invention includes a gate electrode formed on a substrate, a gate insulating film formed on the gate electrode, and the gate electrode formed on the gate insulating film. Formed between the source / drain electrode and the gate insulating film, the organic semiconductor layer formed on the gate insulating film including the source / drain electrode, and the source / drain electrode overlapped with both edges of the source / drain electrode. And a hydrophilic first adhesive layer, and a hydrophobic second adhesive layer formed between the gate insulating film and the organic semiconductor layer.
上記目的を達成するための本発明に係る有機薄膜トランジスタは、基板上に形成されたバッファ膜と、前記バッファ膜上にそれぞれ島状に形成されたソース／ドレーン電極と、前記ソース／ドレーン電極にかけて形成された有機半導体層と、前記有機半導体層を含む基板に形成されたゲート絶縁膜と、前記ソース／ドレーン電極にオーバーラップされるように前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ソース／ドレーン電極と前記バッファ膜との間に形成された親水性の第１接着層と、前記バッファ膜と前記有機半導体層との間に形成された疎水性の第２接着層と、を含む。 In order to achieve the above object, an organic thin film transistor according to the present invention includes a buffer film formed on a substrate, a source / drain electrode formed in an island shape on the buffer film, and the source / drain electrode. An organic semiconductor layer, a gate insulating film formed on a substrate including the organic semiconductor layer, a gate electrode formed on the gate insulating film so as to overlap the source / drain electrode, and the source / A hydrophilic first adhesive layer formed between the drain electrode and the buffer film, and a hydrophobic second adhesive layer formed between the buffer film and the organic semiconductor layer.
上記目的を達成するための本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する段階と、前記ゲート電極を含む基板の全面にゲート絶縁膜を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上にプラズマ処理工程を行い、親水性の第１接着層を形成する段階と、前記第１接着層上にソース／ドレーン電極を形成する段階と、前記ソース／ドレーン電極の間の前記第１接着層にプラズマ再処理工程を行い、疎水性の第２接着層を形成する段階と、前記第２接着層が含まれたゲート絶縁膜上に有機半導体層を形成する段階と、を含む。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing an organic thin film transistor according to the present invention includes a step of forming a gate electrode on a substrate, a step of forming a gate insulating film on the entire surface of the substrate including the gate electrode, and the gate insulation Performing a plasma treatment process on the film to form a hydrophilic first adhesive layer; forming a source / drain electrode on the first adhesive layer; and the first between the source / drain electrodes. Performing a plasma reprocessing step on the adhesive layer to form a hydrophobic second adhesive layer; and forming an organic semiconductor layer on the gate insulating film including the second adhesive layer.
上記目的を達成するための本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にバッファ膜を形成する段階と、前記バッファ膜上にプラズマ処理工程を行い、親水性の第１接着層を形成する段階と、前記第１接着層上にソース／ドレーン電極を形成する段階と、前記ソース／ドレーン電極間の前記第１接着層にプラズマ再処理工程を行い、疎水性の第２接着層を形成する段階と、前記第２接着層が形成されたバッファ膜上に有機半導体層及びゲート絶縁膜を順次形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する段階と、を含む。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing an organic thin film transistor according to the present invention includes a step of forming a buffer film on a substrate, and a plasma treatment process is performed on the buffer film to form a hydrophilic first adhesive layer. Forming a source / drain electrode on the first adhesive layer; and performing a plasma reprocessing process on the first adhesive layer between the source / drain electrodes to form a hydrophobic second adhesive layer. A step of sequentially forming an organic semiconductor layer and a gate insulating film on the buffer film on which the second adhesive layer is formed; and a step of forming a gate electrode on the gate insulating film.
前記モールドは、ポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｓｉｌｏｘａｎｅ：ＰＤＭＳ）を含む熱硬化性物質を用いることによって形成される。 The mold is formed by using a thermosetting material including polydimethylsiloxane (PDMS).
上記目的を達成するための本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にバッファ膜を形成する段階と、前記バッファ膜上にプラズマ処理工程を行い、親水性の第１接着層を形成する段階と、前記第１接着層の所定領域にモールドを接触させ、疎水性の第２接着層を形成する段階と、前記第１接着層上にソース／ドレーン電極を形成する段階と、前記ソース／ドレーン電極及び第２接着層が形成されたバッファ膜上に有機半導体層を形成する段階と、前記有機半導体層上にゲート絶縁膜及びゲート電極をそれぞれ形成する段階と、を含む。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing an organic thin film transistor according to the present invention includes a step of forming a buffer film on a substrate, and a plasma treatment process is performed on the buffer film to form a hydrophilic first adhesive layer. Contacting a mold with a predetermined region of the first adhesive layer to form a hydrophobic second adhesive layer; forming a source / drain electrode on the first adhesive layer; Forming an organic semiconductor layer on the buffer film on which the drain electrode and the second adhesive layer are formed; and forming a gate insulating film and a gate electrode on the organic semiconductor layer, respectively.
本発明に係る有機薄膜トランジスタ及びその製造方法によると、疎水性に変換された有機物質の絶縁膜上に有機半導体層を形成することで、チャネル領域として定義される有機半導体層のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層の電気的特性を向上できるという効果がある。 According to the organic thin film transistor and the method of manufacturing the same according to the present invention, the grain size of the organic semiconductor layer defined as the channel region is increased by forming the organic semiconductor layer on the insulating film of the organic material converted to hydrophobic. Since the grain boundary acting as a charge trap site is reduced, the electrical characteristics of the organic semiconductor layer can be improved.
また、本発明に係る有機薄膜トランジスタ及びその製造方法によると、プラズマ処理工程でソース／ドレーン電極と有機物質のバッファ膜との間に形成された親水性の接着膜によって、これら膜間の接着力を増加できるという効果がある。 In addition, according to the organic thin film transistor and the method of manufacturing the same according to the present invention, the hydrophilic adhesive film formed between the source / drain electrode and the organic material buffer film in the plasma processing step can increase the adhesion between these films. There is an effect that it can be increased.
図３Ａ乃至図３Ｄは、本発明の第１実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図で、図４は、本発明の第１実施形態における有機薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の断面図である。 3A to 3D are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing an organic thin film transistor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram of a liquid crystal display device using the organic thin film transistor according to the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing.
まず、本発明の第１実施形態における有機薄膜トランジスタは、図３Ｄに示すように、基板１１０上に金属物質によって形成されたゲート電極１１２と、ゲート電極１１２を含む基板１１０の全面に有機物質によって形成されたゲート絶縁膜１１４と、ゲート電極１１２の両エッジにオーバーラップされるように、ゲート絶縁膜１１４上に金属物質によって形成されたソース電極１１６ａ及びドレーン電極１１６ｂと、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂを含むゲート絶縁膜１１４上にＬＣＰＢＣ（ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｐｏｌｙｆｌｕｏｒｅｎｅ Ｂｌｏｃｋ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ペンタセン、ポリチオフェンなどによって形成された有機半導体層１２０と、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂとゲート絶縁膜１１４との接触領域に形成された親水性の接着層１１４ａと、有機半導体層１２０とゲート絶縁膜１１４との接触領域、すなわち、チャネル領域に形成された疎水性の接着層１１４ｂとを備えて構成される。 First, as shown in FIG. 3D, the organic thin film transistor according to the first embodiment of the present invention is formed of a gate electrode 112 formed of a metal material on the substrate 110 and an organic material on the entire surface of the substrate 110 including the gate electrode 112. The source electrode 116a and the drain electrode 116b formed of a metal material on the gate insulating film 114 and the source / drain electrodes 116a and 116b so as to overlap the gate insulating film 114 and both edges of the gate electrode 112. An organic semiconductor layer 120 formed of LCPBC (Liquid Crystalline Polyfluorene Block copolymer), pentacene, polythiophene, or the like on the gate insulating film 114 including the source / drain electrodes 116a and 116b and the gate. A hydrophilic adhesive layer 114a formed in a contact region with the edge film 114, and a contact region between the organic semiconductor layer 120 and the gate insulating film 114, that is, a hydrophobic adhesive layer 114b formed in a channel region. Configured.
尚、親水性の接着層１１４ａは、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂとゲート絶縁膜１１４との接触領域のみに形成され、これら膜間の接着力を向上させる。また、疎水性の接着層１１４ｂが形成されたゲート絶縁膜１１４上に有機半導体層１２０が形成されることで、有機半導体層１２０のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層の電気的特性が向上する。 The hydrophilic adhesive layer 114a is formed only in the contact region between the source / drain electrodes 116a and 116b and the gate insulating film 114, and improves the adhesive force between these films. In addition, since the organic semiconductor layer 120 is formed on the gate insulating film 114 on which the hydrophobic adhesive layer 114b is formed, the grain size of the organic semiconductor layer 120 is increased and the grain boundary acting as a charge trap site is reduced. As a result, the electrical characteristics of the organic semiconductor layer are improved.
以下、上記のような有機薄膜トランジスタの製造方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the organic thin film transistor as described above will be described.
まず、図３Ａに示すように、ガラスまたは透明なプラスチックの基板１１０上に金属を蒸着した後、フォトエッチング技術でパターニングしてゲート電極１１２を形成する。 First, as shown in FIG. 3A, after depositing a metal on a glass or transparent plastic substrate 110, a gate electrode 112 is formed by patterning using a photo-etching technique.
ゲート電極１１２は、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、タングステン（Ｗ）系列などの低抵抗金属物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。 The gate electrode 112 is made of at least one or more of low-resistance metal materials such as chromium (Cr), copper (Cu), molybdenum (Mo), aluminum (Al), aluminum alloy, and tungsten (W) series.
その後、ゲート電極１１２を含む基板１００の全面に有機絶縁物質を塗布し、ゲート絶縁膜１１４を形成する。 Thereafter, an organic insulating material is applied to the entire surface of the substrate 100 including the gate electrode 112 to form a gate insulating film 114.
ゲート絶縁膜１１４は、ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。 The gate insulating film 114 is formed using an organic insulating material such as BCB (Benzocyclobutylene), an acrylic material, or polyimide.
引き続いて、ゲート絶縁膜１１４にプラズマ処理工程を行い、親水性の接着膜１１４ａをゲート絶縁膜１１４の表面に形成する。 Subsequently, a plasma treatment process is performed on the gate insulating film 114 to form a hydrophilic adhesive film 114 a on the surface of the gate insulating film 114.
プラズマ処理は、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｈ２、ＳＦ６及びＣＦ４のうち何れか一つのガスまたはこれらの混合ガスを用いて行う。 The plasma treatment is performed using any one gas of O 2 , H 2 , He, H 2 , SF 6, and CF 4 or a mixed gas thereof.
図３Ｂに示すように、接着膜１１４ａの上面に金属層を形成し、この金属層上にフォトレジスト１１８を塗布し、フォトレジスト１１８の上部に所定のパターンが形成されたフォトマスクを整列した後、光線を照射して露光し、その後、現像してフォトレジスト１１８をパターニングする。引き続いて、パターニングされたフォトレジスト１１８をマスクとして用いて上記金属層を選択的にエッチングし、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂを形成する。 As shown in FIG. 3B, a metal layer is formed on the upper surface of the adhesive film 114a, a photoresist 118 is applied on the metal layer, and a photomask having a predetermined pattern formed on the photoresist 118 is aligned. The photoresist 118 is patterned by irradiating with light and then developing. Subsequently, the metal layer is selectively etched using the patterned photoresist 118 as a mask to form source / drain electrodes 116a and 116b.
ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂは、クロム、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金などの低抵抗金属無機物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。 The source / drain electrodes 116a and 116b are made of at least one or more of low-resistance metal inorganic materials such as chromium, molybdenum, aluminum, and aluminum alloy.
また、プラズマ処理工程によって形成された親水性の接着膜１１４ａは、有機物質のゲート絶縁膜１１４と、無機物質、すなわち、金属層のソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂとの接着力を増加させる。 In addition, the hydrophilic adhesive film 114a formed by the plasma treatment process increases the adhesive force between the gate insulating film 114 made of an organic material and the inorganic material, that is, the source / drain electrodes 116a and 116b of the metal layer.
引き続いて、図３Ｃに示すように、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂの上側にフォトレジスト１１８を残した状態で、基板１００の全面にプラズマ再処理工程を行う。その結果、パターニングされたフォトレジスト１１８を通して露出された接着層１１４ａは、疎水性の接着層１１４ｂに変わり、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂとゲート絶縁膜１１４との接触部分のみに親水性の接着層１１４ａが残るようになる。 Subsequently, as shown in FIG. 3C, a plasma reprocessing step is performed on the entire surface of the substrate 100 with the photoresist 118 left above the source / drain electrodes 116a and 116b. As a result, the adhesive layer 114a exposed through the patterned photoresist 118 changes to a hydrophobic adhesive layer 114b, and a hydrophilic adhesive layer is formed only at the contact portion between the source / drain electrodes 116a and 116b and the gate insulating film 114. 114a remains.
プラズマ再処理工程は、Ｏ２とＣＦ２との混合ガスを用いて行う。 The plasma reprocessing step is performed using a mixed gas of O 2 and CF 2 .
図３Ｄに示すように、パターニングされたフォトレジスト１１８を除去し、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂを含むゲート絶縁膜１１４の全面に有機物質を塗布した後、パターニングして有機半導体層１２０を形成することで、有機薄膜トランジスタを完成する。 As shown in FIG. 3D, the patterned photoresist 118 is removed, an organic material is applied to the entire surface of the gate insulating film 114 including the source / drain electrodes 116a and 116b, and then the organic semiconductor layer 120 is formed by patterning. Thus, an organic thin film transistor is completed.
有機半導体層は、ＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどの有機物質によって形成する。 The organic semiconductor layer is formed of an organic material such as LCPBC, pentacene, or polythiophene.
このとき、疎水性の接着層１１４ｂが形成されたゲート絶縁膜１１４上に、有機半導体層１２０が形成されることで、有機半導体層１２０のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層の電気的特性が向上する。 At this time, since the organic semiconductor layer 120 is formed on the gate insulating film 114 on which the hydrophobic adhesive layer 114b is formed, the grain size of the organic semiconductor layer 120 is increased and the grain boundary acting as a charge trap site is formed. Therefore, the electrical characteristics of the organic semiconductor layer are improved.
また、上記のような第１実施形態による有機薄膜トランジスタを含む液晶表示素子は、図４に示すように、有機薄膜トランジスタが形成された基板１１０上に、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成された保護膜１２２と、コンタクトホール１１９を通してドレーン電極１１６ｂに連結されるように、保護膜１２２の画素領域にＩＴＯまたはＩＺＯによって形成される画素電極１２４とをさらに備えている。そして、下部基板１１０に対向して合着された上部基板１３２には、画素領域を除いた部分で光を遮光するブラックマトリックス１３０と、色相を実現するためのカラーフィルター層１２８と、画素を駆動するための共通電極１２６とが備わる。これら上部基板１３２と下部基板１１０とが所定空間を有して合着され、それらの間に液晶層１３１が形成される。 In addition, as shown in FIG. 4, the liquid crystal display device including the organic thin film transistor according to the first embodiment has an organic insulating material such as BCB, an acrylic material, and polyimide on a substrate 110 on which the organic thin film transistor is formed. And a pixel electrode 124 formed of ITO or IZO in the pixel region of the protective film 122 so as to be connected to the drain electrode 116b through the contact hole 119. The upper substrate 132 bonded to the lower substrate 110 is connected to the black matrix 130 that blocks light except the pixel region, the color filter layer 128 for realizing the hue, and the pixels. And a common electrode 126 for the purpose. The upper substrate 132 and the lower substrate 110 are bonded together with a predetermined space, and a liquid crystal layer 131 is formed between them.
また、上記のような第１実施形態による有機薄膜トランジスタが形成された有機発光電界素子（図示せず）において、有機薄膜トランジスタが形成された基板１１０と対向して合着された上部基板には、第１電極と、第２電極と、これら第１電極と第２電極との間の有機発光層とを有する有機発光ダイオードが形成される。 Further, in the organic light emitting field effect device (not shown) having the organic thin film transistor according to the first embodiment as described above, the upper substrate bonded to the substrate 110 having the organic thin film transistor is attached to the first substrate. An organic light emitting diode having one electrode, a second electrode, and an organic light emitting layer between the first electrode and the second electrode is formed.
上記のように、本発明の第１実施形態では、有機薄膜トランジスタの構造のうちボトム-ゲート構造を説明したが、次に説明する本発明の第２実施形態では、有機薄膜トランジスタの構造のうちトップ-ゲート構造を説明する。 As described above, in the first embodiment of the present invention, the bottom-gate structure of the organic thin film transistor has been described. However, in the second embodiment of the present invention described below, the top of the structure of the organic thin film transistor is described. The gate structure will be described.
図５Ａ乃至図５Ｄは、本発明の第２実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図で、図６は、本発明の第２実施形態における有機薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の断面図である。 5A to 5D are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing an organic thin film transistor according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 illustrates a liquid crystal display device using the organic thin film transistor according to the second embodiment of the present invention. It is sectional drawing.
まず、本発明の第２実施形態における有機薄膜トランジスタは、図５Ｄに示すように、基板２１０上に有機物質によって形成されたバッファ膜２１２と、バッファ膜２１２上にそれぞれ島状の金属層によって形成されたソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂと、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂ及びバッファ膜２１２上にＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどによって形成された有機半導体層２１６と、有機半導体層２１７上に形成されたゲート絶縁膜２１８と、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとオーバーラップされるようにゲート絶縁膜２１８上に形成されたゲート電極２２０と、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとバッファ膜２１２との接触領域に形成された親水性の接着層２１２ａと、有機半導体層２１６とバッファ膜２１２との接触領域、すなわち、チャネル領域に形成された疎水性の接着層２１２ｂとから構成される。 First, as shown in FIG. 5D, the organic thin film transistor according to the second embodiment of the present invention is formed of a buffer film 212 formed of an organic material on a substrate 210 and an island-shaped metal layer on the buffer film 212, respectively. Source / drain electrodes 214a, 214b, an organic semiconductor layer 216 formed of LCPBC, pentacene, polythiophene, or the like on the source / drain electrodes 214a, 214b and the buffer film 212, and a gate insulation formed on the organic semiconductor layer 217. A gate electrode 220 formed on the gate insulating film 218 so as to overlap the film 218, the source / drain electrodes 214a, 214b, and a contact region between the source / drain electrodes 214a, 214b and the buffer film 212. Hydrophilic adhesive layer 212a and organic semi-conductive layer Contact area between the body layer 216 and the buffer layer 212, i.e., composed of a hydrophobic adhesive layer 212b formed in the channel region.
但し、親水性の接着層２１２ａは、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとバッファ膜２１２との接触領域のみに形成され、これら膜間の接着力を向上させる。また、疎水性の接着層２１２ｂが形成されたバッファ膜２１２上に有機半導体層２１７を形成することで、有機半導体層２１７のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層２１７の電気的特性が向上する。 However, the hydrophilic adhesive layer 212a is formed only in the contact region between the source / drain electrodes 214a and 214b and the buffer film 212, and improves the adhesive force between these films. In addition, by forming the organic semiconductor layer 217 on the buffer film 212 on which the hydrophobic adhesive layer 212b is formed, the grain size of the organic semiconductor layer 217 increases and the grain boundary acting as a charge trap site decreases. The electrical characteristics of the organic semiconductor layer 217 are improved.
以下、上記のような有機薄膜トランジスタの製造方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the organic thin film transistor as described above will be described.
まず、図５Ａに示すように、ガラスまたは透明なプラスチックの基板２１０上にバッファ膜２１２を形成する。 First, as shown in FIG. 5A, a buffer film 212 is formed on a glass or transparent plastic substrate 210.
バッファ膜２１２は、以後に形成される有機半導体層の結晶成長を良好にするために蒸着され、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。 The buffer film 212 is deposited to improve the crystal growth of the organic semiconductor layer to be formed later, and is formed of an organic insulating material such as BCB, an acrylic material, or polyimide.
引き続いて、バッファ膜２１２上にプラズマ処理工程を行い、親水性の接着膜２１２ａをバッファ膜２１２の表面に形成する。 Subsequently, a plasma treatment process is performed on the buffer film 212 to form a hydrophilic adhesive film 212 a on the surface of the buffer film 212.
プラズマ処理は、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｈ２、ＳＦ６及びＣＦ４のうち何れか一つのガスまたはこれらの混合ガスを用いて行う。 The plasma treatment is performed using any one gas of O 2 , H 2 , He, H 2 , SF 6, and CF 4 or a mixed gas thereof.
引き続いて、図５Ｂに示すように、接着膜２１２ａの上面に金属層を形成し、この金属層上にフォトレジスト２１６を塗布し、このフォトレジスト２１６の上部に所定のパターンが形成されたフォトマスクを整列した後、光線を照射して露光し、その後、現像してフォトレジスト２１６をパターニングする。引き続いて、パターニングされたフォトレジスト２１６をマスクとして用いて金属層を選択的にエッチングし、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂを形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 5B, a metal layer is formed on the upper surface of the adhesive film 212a, a photoresist 216 is applied on the metal layer, and a photomask having a predetermined pattern formed on the photoresist 216 is formed. Are aligned, and then exposed by irradiating light rays, and then developed to pattern the photoresist 216. Subsequently, the metal layer is selectively etched using the patterned photoresist 216 as a mask to form source / drain electrodes 214a and 214b.
ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂは、クロム、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金などの低抵抗金属無機物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。 The source / drain electrodes 214a and 214b are made of at least one or more of low-resistance metal inorganic materials such as chromium, molybdenum, aluminum, and aluminum alloy.
尚、プラズマ処理工程で形成された親水性の接着膜２１２ａは、上記有機物質のバッファ膜２１２と、無機物質、すなわち、金属層のソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとの接着力を増加させる。 The hydrophilic adhesive film 212a formed in the plasma processing step increases the adhesive force between the organic material buffer film 212 and the inorganic material, that is, the source / drain electrodes 214a and 214b of the metal layer.
引き続いて、図５Ｃに示すように、パターニングされたフォトレジスト２１６が形成された基板２１０の全面にプラズマ再処理工程を行う。その結果、パターニングされたフォトレジスト２１６を通して露出された接着層２１２ａは、疎水性の接着層２１２ｂに変わり、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとバッファ膜２１２との接触部分のみに親水性の接着層２１２ａが残るようになる。 Subsequently, as shown in FIG. 5C, a plasma reprocessing process is performed on the entire surface of the substrate 210 on which the patterned photoresist 216 is formed. As a result, the adhesive layer 212a exposed through the patterned photoresist 216 is changed to a hydrophobic adhesive layer 212b, and a hydrophilic adhesive layer 212a is formed only at the contact portion between the source / drain electrodes 214a and 214b and the buffer film 212. Will remain.
プラズマ再処理工程は、Ｏ２とＣＦ２との混合ガスを用いて行う。 The plasma reprocessing step is performed using a mixed gas of O 2 and CF 2 .
最後に、図５Ｄに示すように、パターニングされたフォトレジスト２１６を除去し、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂを含む基板の全面に有機物質を塗布した後、パターニングして有機半導体層２１７を形成する。 Finally, as shown in FIG. 5D, the patterned photoresist 216 is removed, an organic material is applied to the entire surface of the substrate including the source / drain electrodes 214a and 214b, and then patterned to form an organic semiconductor layer 217. .
有機半導体層２１７は、ＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどの有機物質によって形成される。 The organic semiconductor layer 217 is formed of an organic material such as LCPBC, pentacene, or polythiophene.
このとき、疎水性の接着層２１２ｂが形成されたバッファ膜２１２上に有機半導体層２１７が形成されることで、チャネル領域として定義される有機半導体層２１７のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層２１７の電気的特性が向上する。 At this time, since the organic semiconductor layer 217 is formed on the buffer film 212 on which the hydrophobic adhesive layer 212b is formed, the grain size of the organic semiconductor layer 217 defined as the channel region increases, and the charge trap site Since the acting grain boundary is reduced, the electrical characteristics of the organic semiconductor layer 217 are improved.
引き続いて、有機半導体層２１７上に無機絶縁物質を蒸着したり、または、有機絶縁物質を塗布してゲート絶縁膜２１８を形成する。 Subsequently, an inorganic insulating material is deposited on the organic semiconductor layer 217 or an organic insulating material is applied to form the gate insulating film 218.
ゲート絶縁膜２１８は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）またはシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）などの無機絶縁物質によって形成するか、または、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。ただし、その後に形成される有機半導体層との接触特性のために、無機絶縁物質より有機絶縁物質を用いてゲート絶縁膜を形成することが好ましい。 The gate insulating film 218 is formed of an inorganic insulating material such as silicon oxide (SiOx) or silicon nitride (SiNx), or an organic insulating material such as BCB, an acrylic material, or polyimide. However, it is preferable to form the gate insulating film using an organic insulating material rather than an inorganic insulating material for contact characteristics with an organic semiconductor layer formed thereafter.
ゲート絶縁膜２１８上に金属を蒸着した後、フォトエッチング技術でパターニングし、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとオーバーラップされるようにゲート電極２２０を形成することで、有機薄膜トランジスタが完成する。 After depositing a metal on the gate insulating film 218, patterning is performed by a photo-etching technique, and the gate electrode 220 is formed so as to overlap the source / drain electrodes 214a and 214b, thereby completing the organic thin film transistor.
ゲート電極２２０は、クロム、銅、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン系列などの金属物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。 The gate electrode 220 is made of at least one or more of metallic materials such as chromium, copper, molybdenum, aluminum, aluminum alloy, and tungsten series.
また、第２実施形態による有機薄膜トランジスタを含む液晶表示素子は、図６に示すように、有機薄膜トランジスタが形成された基板２１０上にＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成された保護膜２２２と、コンタクトホール２１９を通してドレーン電極２１４ｂに連結されるように、保護膜２２２の画素領域にＩＴＯまたはＩＺＯによって形成された画素電極２２４とがさらに備わる。そして、下部基板２１０に対向して合着された上部基板２３２には、画素領域を除いた部分で光を遮光するブラックマトリックス２３０と、色相を実現するためのカラーフィルター層２２８と、画素を駆動するための共通電極２２６とが備わる。これら上部基板２３２と下部基板２１０とが所定空間を有して合着され、それらの間に液晶層２３１が形成される。 In addition, as shown in FIG. 6, the liquid crystal display device including the organic thin film transistor according to the second embodiment includes a protection formed by an organic insulating material such as BCB, an acrylic material, and polyimide on the substrate 210 on which the organic thin film transistor is formed. A film electrode 222 and a pixel electrode 224 formed of ITO or IZO are further provided in the pixel region of the protective film 222 so as to be connected to the drain electrode 214 b through the contact hole 219. The upper substrate 232 bonded to and opposed to the lower substrate 210 has a black matrix 230 that blocks light in a portion excluding the pixel region, a color filter layer 228 for realizing hue, and a pixel drive. And a common electrode 226. The upper substrate 232 and the lower substrate 210 are bonded together with a predetermined space, and a liquid crystal layer 231 is formed between them.
また、上記のような第２実施形態による有機薄膜トランジスタが形成された有機発光電界素子（図示せず）において、有機薄膜トランジスタが形成された基板２１０と対向して合着された上部基板には、第１電極と、第２電極と、これら第１電極と第２電極との間の有機発光層とを有する有機発光ダイオードが形成される。 In addition, in the organic light emitting field effect device (not shown) in which the organic thin film transistor according to the second embodiment is formed, the upper substrate bonded to the substrate 210 on which the organic thin film transistor is formed is connected to the first substrate. An organic light emitting diode having one electrode, a second electrode, and an organic light emitting layer between the first electrode and the second electrode is formed.
図７Ａ乃至図７Ｄは、本発明の第３実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図で、図８は、本発明の第３実施形態における有機薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の断面図である。 7A to 7D are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing an organic thin film transistor according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 illustrates a liquid crystal display device using the organic thin film transistor according to the third embodiment of the present invention. It is sectional drawing.
まず、本発明の第３実施形態における有機薄膜トランジスタは、図７Ｄに示すように、基板４１０上に金属物質によって形成されたゲート電極４１２と、ゲート電極４１２を含む基板４１０の全面に有機物質によって形成されたゲート絶縁膜４１４と、ゲート電極４１２の両エッジがオーバーラップされるように、ゲート絶縁膜４１４上に金属物質によって形成されたソース電極４１６ａ及びドレーン電極４１６ｂと、ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂを含むゲート絶縁膜４１４上にＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどによって形成された有機半導体層４２０と、ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂとゲート絶縁膜４１４との接触領域に形成された親水性の接着層４１４ａと、有機半導体層４２０とゲート絶縁膜４１４との接触領域に形成された疎水性の接着層４１４ｂとから構成される。 First, as shown in FIG. 7D, the organic thin film transistor according to the third embodiment of the present invention is formed of a gate electrode 412 formed of a metal material on the substrate 410 and an organic material on the entire surface of the substrate 410 including the gate electrode 412. The source electrode 416a and the drain electrode 416b formed of a metal material on the gate insulating film 414 and the source / drain electrodes 416a and 416b so that both edges of the gate insulating film 414 and the gate electrode 412 overlap each other. An organic semiconductor layer 420 formed of LCPBC, pentacene, polythiophene, or the like on the gate insulating film 414 including a hydrophilic adhesive layer 414a formed in a contact region between the source / drain electrodes 416a and 416b and the gate insulating film 414. And organic semiconductor layer 420 and gate insulating film 4 4 formed on the contact area to consist of a hydrophobic adhesive layer 414b.
尚、親水性の接着層４１４ａは、ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂとゲート絶縁膜４１４との接触領域のみに形成され、これら膜間の接着力を向上させる。また、疎水性の接着層４１４ｂが形成されたゲート絶縁膜４１４上に有機半導体層４２０が形成されることで、有機半導体層４２０のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層４２０の電気的特性が向上する。 The hydrophilic adhesive layer 414a is formed only in the contact region between the source / drain electrodes 416a and 416b and the gate insulating film 414, and improves the adhesive force between these films. In addition, since the organic semiconductor layer 420 is formed over the gate insulating film 414 on which the hydrophobic adhesive layer 414b is formed, the grain size of the organic semiconductor layer 420 is increased and the grain boundary acting as a charge trap site is reduced. Therefore, the electrical characteristics of the organic semiconductor layer 420 are improved.
以下、上記のような有機薄膜トランジスタの製造方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the organic thin film transistor as described above will be described.
まず、図７Ａに示すように、ガラスまたは透明なプラスチックの基板４１０上に金属を蒸着した後、フォトエッチング技術でパターニングしてゲート電極４１２を形成する。 First, as shown in FIG. 7A, after depositing a metal on a glass or transparent plastic substrate 410, a gate electrode 412 is formed by patterning using a photo-etching technique.
ゲート電極４１２は、クロム、銅、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン系列などの低抵抗金属物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。 The gate electrode 412 is made of at least one or more of low resistance metal materials such as chromium, copper, molybdenum, aluminum, aluminum alloy, and tungsten series.
次いで、ゲート電極４１２を含む基板４１０の全面に有機絶縁物質を塗布し、ゲート絶縁膜４１４を形成する。 Next, an organic insulating material is applied to the entire surface of the substrate 410 including the gate electrode 412 to form a gate insulating film 414.
ゲート絶縁膜４１４は、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。 The gate insulating film 414 is formed using an organic insulating material such as BCB, an acrylic material, or polyimide.
引き続いて、ゲート絶縁膜４１４にプラズマ処理工程を行い、ゲート絶縁膜４１４の表面に親水性の接着膜４１４ａを形成する。 Subsequently, a plasma treatment process is performed on the gate insulating film 414 to form a hydrophilic adhesive film 414 a on the surface of the gate insulating film 414.
プラズマ処理は、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｈ２、ＳＦ６及びＣＦ４のうち何れか一つのガスまたはこれらの混合ガスを用いて行う。 The plasma treatment is performed using any one gas of O 2 , H 2 , He, H 2 , SF 6, and CF 4 or a mixed gas thereof.
引き続いて、図７Ｂに示すように、親水性の接着膜４１４ａ上の所定領域にモールド４１５を接触させ、モールド４１５が接触した領域が疎水性の接着膜４１４ｂに変化する。 Subsequently, as shown in FIG. 7B, the mold 415 is brought into contact with a predetermined region on the hydrophilic adhesive film 414a, and the region in contact with the mold 415 is changed to a hydrophobic adhesive film 414b.
ここで、モールド４１５は、ポリジメチルシロキサン（以下、「ＰＤＭＳ」という。）を含む熱硬化性物質であり、別途の工程によって製作される。 Here, the mold 415 is a thermosetting material containing polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as “PDMS”), and is manufactured by a separate process.
具体的には、ＰＤＭＳが含まれたモールド４１５を親水性の接着膜４１４ａに加圧すると、モールド４１５と接触した領域は、その表面の末端基の−ＯＨ基が分離されて疎水領域に変わり、疎水性の接着膜４１４ｂとなる。 Specifically, when the mold 415 containing PDMS is pressed against the hydrophilic adhesive film 414a, the region in contact with the mold 415 is changed to a hydrophobic region by separating the —OH group of the terminal group on the surface, A hydrophobic adhesive film 414b is formed.
したがって、接着膜としては、疎水性の接着膜４１４ｂと、親水性の接着膜４１４ａとが共存している。 Therefore, the hydrophobic adhesive film 414b and the hydrophilic adhesive film 414a coexist as the adhesive film.
図７Ｃに示すように、モールド４１５を除去し、疎水性の接着膜４１４ｂ及び親水性の接着膜４１４ａが形成されたゲート絶縁膜４１４上に金属層を形成する。引き続いて、金属層上にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、このフォトレジストの上部に所定のパターンが形成されたフォトマスクを整列した後、光線を照射して露光し、その後、現像してフォトレジストをパターニングする。引き続いて、パターニングされたフォトレジストをマスクとして用いて金属層を選択的にエッチングし、親水性の接着膜４１４ａの上部にソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂを形成する。 As shown in FIG. 7C, the mold 415 is removed, and a metal layer is formed over the gate insulating film 414 on which the hydrophobic adhesive film 414b and the hydrophilic adhesive film 414a are formed. Subsequently, a photoresist (not shown) is applied on the metal layer, and a photomask having a predetermined pattern formed on the photoresist is aligned, exposed to light, and then developed. To pattern the photoresist. Subsequently, the metal layer is selectively etched using the patterned photoresist as a mask to form source / drain electrodes 416a and 416b on the hydrophilic adhesive film 414a.
ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂは、クロム、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金などの低抵抗金属無機物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。 The source / drain electrodes 416a and 416b are made of at least one or more of low-resistance metal inorganic materials such as chromium, molybdenum, aluminum, and aluminum alloy.
尚、プラズマ処理工程で形成された親水性の接着膜４１４ａは、ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂと有機物質のゲート絶縁膜４１４との間の接着力を増加させる。 The hydrophilic adhesive film 414a formed in the plasma processing step increases the adhesive force between the source / drain electrodes 416a and 416b and the organic material gate insulating film 414.
引き続いて、図７Ｄに示すように、ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂ及び疎水性の接着膜４１４ｂが形成されたゲート絶縁膜４１４の全面に有機物質を塗布した後、パターニングして有機半導体層４２０を形成することで、有機薄膜トランジスタが完成する。 Subsequently, as shown in FIG. 7D, an organic material is applied to the entire surface of the gate insulating film 414 on which the source / drain electrodes 416a and 416b and the hydrophobic adhesive film 414b are formed, and then patterned to form the organic semiconductor layer 420. By forming, an organic thin film transistor is completed.
有機半導体層４２０は、ＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどの有機物質によって形成される。 The organic semiconductor layer 420 is formed of an organic material such as LCPBC, pentacene, or polythiophene.
このとき、モールド４１５の接触によって疎水性の接着膜４１４ｂが形成されたゲート絶縁膜４１４上に有機半導体層４２０が形成されることで、チャネル領域として定義される有機半導体層４２０のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層４２０の電気的特性が向上する。 At this time, the organic semiconductor layer 420 is formed on the gate insulating film 414 on which the hydrophobic adhesive film 414b is formed by contact with the mold 415, thereby increasing the grain size of the organic semiconductor layer 420 defined as the channel region. In addition, since the grain boundary acting as a charge trap site is reduced, the electrical characteristics of the organic semiconductor layer 420 are improved.
また、上記のような第３実施形態による有機薄膜トランジスタを含む液晶表示素子は、図８に示すように、有機薄膜トランジスタが形成された基板４１０上にＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成された保護膜４２２と、コンタクトホール４１９を通してドレーン電極４１６ｂに連結されるように、保護膜４２２の画素領域にＩＴＯまたはＩＺＯによって形成される画素電極４２４とがさらに備わる。そして、下部基板４１０に対向して合着された上部基板４３２には、画素領域を除いた部分で光を遮光するブラックマトリックス４３０と、色相を実現するためのカラーフィルター層４２８と、画素を駆動するための共通電極４２６とが備わる。これら上部基板４３２と下部基板４１０とが所定空間を有して合着され、それらの間に液晶層４３１が形成される。 In addition, as shown in FIG. 8, the liquid crystal display device including the organic thin film transistor according to the third embodiment is formed on a substrate 410 on which the organic thin film transistor is formed using an organic insulating material such as BCB, an acrylic material, or polyimide. The formed protective film 422 and a pixel electrode 424 formed of ITO or IZO are further provided in the pixel region of the protective film 422 so as to be connected to the drain electrode 416b through the contact hole 419. An upper substrate 432 bonded to the lower substrate 410 is connected to a black matrix 430 that blocks light in a portion excluding the pixel region, a color filter layer 428 for realizing a hue, and pixels. And a common electrode 426. The upper substrate 432 and the lower substrate 410 are bonded together with a predetermined space, and a liquid crystal layer 431 is formed between them.
また、上記のような第３実施形態による有機薄膜トランジスタが形成された有機発光電界素子（図示せず）において、有機薄膜トランジスタが形成された基板４１０と対向して合着された上部基板には、第１電極と、第２電極と、これら第１電極と第２電極との間の有機発光層とを有する有機発光ダイオードが形成される。 In the organic light emitting field effect device (not shown) in which the organic thin film transistor according to the third embodiment is formed, the upper substrate bonded to the substrate 410 on which the organic thin film transistor is formed is connected to the first substrate. An organic light emitting diode having one electrode, a second electrode, and an organic light emitting layer between the first electrode and the second electrode is formed.
尚、上記のように、本発明の第３実施形態では、有機薄膜トランジスタの構造のうちボトム-ゲート構造を説明したが、以下、本発明の第４実施形態では、有機薄膜トランジスタの構造のうちトップ-ゲート構造を説明する。 As described above, in the third embodiment of the present invention, the bottom-gate structure of the structure of the organic thin film transistor has been described. However, in the fourth embodiment of the present invention, the top- The gate structure will be described.
図９Ａ乃至図９Ｄは、本発明の第４実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図で、図１０は、本発明の第４実施形態における有機薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の断面図である。 9A to 9D are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing an organic thin film transistor according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 10 illustrates a liquid crystal display device using the organic thin film transistor according to the fourth embodiment of the present invention. It is sectional drawing.
まず、本発明の第４実施形態における有機薄膜トランジスタは、図９Ｄに示すように、基板５１０上に有機物質によって形成されたバッファ膜５１２と、バッファ膜５１２上にそれぞれ島状の金属層によって形成されたソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂと、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂ及びバッファ膜５１２上に形成されたＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどの有機半導体層５１６と、有機半導体層５１６上に形成されたゲート絶縁膜５１８と、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂとオーバーラップされるようにゲート絶縁膜５１８上に形成されたゲート電極５２０と、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂとバッファ膜５１２との接触領域に形成された親水性の接着層５１２ａと、有機半導体層５１６とバッファ膜５１２との接触領域に形成された疎水性の接着層５１２ｂとから構成される。 First, as shown in FIG. 9D, the organic thin film transistor according to the fourth embodiment of the present invention is formed of a buffer film 512 formed of an organic material on a substrate 510 and an island-shaped metal layer on the buffer film 512, respectively. Source / drain electrodes 514a and 514b, organic semiconductor layers 516 such as LCPBC, pentacene, and polythiophene formed on the source / drain electrodes 514a and 514b and the buffer film 512, and gate insulation formed on the organic semiconductor layer 516 A gate electrode 520 formed on the gate insulating film 518 so as to overlap the film 518, the source / drain electrodes 514a and 514b, and a contact region between the source / drain electrodes 514a and 514b and the buffer film 512. Hydrophilic adhesive layer 512a and organic semiconductor layer 16 and composed of an adhesive layer 512b of the hydrophobic formed in the contact area between the buffer layer 512.
但し、親水性の接着層５１２ａは、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂとバッファ膜５１２との接触領域のみに形成され、これら膜間の接着力を向上させる。また、疎水性の接着層５１２ｂが形成されたバッファ膜５１２上に有機半導体層５１６が形成されることで、有機半導体層５１６のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層５１６の電気的特性が向上する。 However, the hydrophilic adhesive layer 512a is formed only in the contact region between the source / drain electrodes 514a and 514b and the buffer film 512, and improves the adhesive force between these films. In addition, since the organic semiconductor layer 516 is formed on the buffer film 512 on which the hydrophobic adhesive layer 512b is formed, the grain size of the organic semiconductor layer 516 is increased, and the grain boundary acting as a charge trap site is reduced. Therefore, the electrical characteristics of the organic semiconductor layer 516 are improved.
以下、上記のような有機薄膜トランジスタの製造方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the organic thin film transistor as described above will be described.
まず、図９Ａに示すように、ガラスまたは透明なプラスチックの基板５１０上にバッファ膜５１２を形成する。 First, as shown in FIG. 9A, a buffer film 512 is formed on a glass or transparent plastic substrate 510.
バッファ膜５１２は、その後に形成される有機半導体層の結晶成長を良好にするために蒸着され、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。 The buffer film 512 is deposited to improve the crystal growth of the organic semiconductor layer to be formed thereafter, and is formed of an organic insulating material such as BCB, an acrylic material, or polyimide.
引き続いて、バッファ膜５１２上にプラズマ処理工程を行い、バッファ膜５１２の表面に親水性の接着膜５１２ａを形成する。 Subsequently, a plasma treatment process is performed on the buffer film 512 to form a hydrophilic adhesive film 512 a on the surface of the buffer film 512.
プラズマ処理は、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｈ２、ＳＦ６及びＣＦ４のうち何れか一つのガスまたはこれらの混合ガスを用いて行う。 The plasma treatment is performed using any one gas of O 2 , H 2 , He, H 2 , SF 6, and CF 4 or a mixed gas thereof.
引き続いて、図９Ｂに示すように、親水性の接着膜５１２ａ上の所定領域にモールド５１３を接触させ、モールド５１３が接触した領域が疎水性の接着膜５１２ｂに変換される。 Subsequently, as shown in FIG. 9B, the mold 513 is brought into contact with a predetermined region on the hydrophilic adhesive film 512a, and the region in contact with the mold 513 is converted into a hydrophobic adhesive film 512b.
ここで、モールド５１３は、ＰＤＭＳを含む熱硬化性物質であって、別途の工程によって製作される。 Here, the mold 513 is a thermosetting material including PDMS, and is manufactured by a separate process.
具体的には、ＰＤＭＳが含まれたモールド５１３を親水性の接着膜５１２ａに加圧すると、モールド５１３と接触した領域は、その表面の末端基の−ＯＨ基が分離されて疎水領域に変わり、疎水性の接着膜５１２ｂとなる。 Specifically, when the mold 513 containing PDMS is pressed against the hydrophilic adhesive film 512a, the region in contact with the mold 513 is changed to a hydrophobic region by separating the —OH group of the terminal group on the surface, A hydrophobic adhesive film 512b is formed.
したがって、接着膜としては、疎水性の接着膜５１２ｂと、親水性の接着膜５１２ａとが共存している。 Therefore, the hydrophobic adhesive film 512b and the hydrophilic adhesive film 512a coexist as the adhesive film.
図９Ｃに示すように、モールド５１３を除去し、親水性の接着膜５１２ａ及び疎水性の接着膜５１２ｂが形成されたバッファ膜５１２上に金属層を形成し、この金属層上にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、このフォトレジストの上部に所定のパターンが形成されたフォトマスクを整列した後、光線を照射して露光し、その後、現像してフォトレジストをパターニング（図示せず）する。引き続いて、パターニングされたフォトレジストをマスクとして用いて金属層を選択的にエッチングし、接着膜５１２ａの上部にソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂを形成する。そして、パターニングされたフォトレジスト（図示せず）を除去する。 As shown in FIG. 9C, the mold 513 is removed, a metal layer is formed on the buffer film 512 on which the hydrophilic adhesive film 512a and the hydrophobic adhesive film 512b are formed, and a photoresist (FIG. (Not shown) is applied, and a photomask having a predetermined pattern formed on the photoresist is aligned, exposed to light, and then developed to pattern the photoresist (not shown). . Subsequently, the metal layer is selectively etched using the patterned photoresist as a mask to form source / drain electrodes 514a and 514b on the adhesive film 512a. Then, the patterned photoresist (not shown) is removed.
ソース／ドレーン電極５１４ａ、５１４ｂは、クロム、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金などの低抵抗金属無機物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。 The source / drain electrodes 514a and 514b are made of at least one or more of low-resistance metal inorganic materials such as chromium, molybdenum, aluminum, and aluminum alloy.
尚、プラズマ処理工程によって形成された親水性の接着膜５１２ａは、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂと有機物質のバッファ膜５１２との間の接着力を増加させる。 The hydrophilic adhesive film 512a formed by the plasma treatment process increases the adhesive force between the source / drain electrodes 514a and 514b and the organic material buffer film 512.
引き続いて、図９Ｄに示すように、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂ及び疎水性の接着膜５１２ｂが形成されたバッファ膜５１２の全面に有機物質を塗布した後、パターニングして有機半導体層５１６を形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 9D, an organic material is applied to the entire surface of the buffer film 512 on which the source / drain electrodes 514a and 514b and the hydrophobic adhesive film 512b are formed, and then patterned to form an organic semiconductor layer 516. To do.
有機半導体層５１６は、ＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどの有機物質によって形成する。 The organic semiconductor layer 516 is formed using an organic material such as LCPBC, pentacene, or polythiophene.
このとき、モールド５１３の接触によって形成された疎水性の接着膜５１２ｂ上に有機半導体層５１６が形成されることで、チャネル領域として定義される有機半導体層のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層５１６の電気的特性が向上する。 At this time, the organic semiconductor layer 516 is formed on the hydrophobic adhesive film 512b formed by the contact with the mold 513, so that the grain size of the organic semiconductor layer defined as the channel region increases, and the charge trap site. Since the acting grain boundary is reduced, the electrical characteristics of the organic semiconductor layer 516 are improved.
引き続いて、有機半導体層５１６上に無機絶縁物質を蒸着するか、または、有機絶縁物質を塗布してゲート絶縁膜５１８を形成する。 Subsequently, an inorganic insulating material is deposited on the organic semiconductor layer 516 or an organic insulating material is applied to form a gate insulating film 518.
ゲート絶縁膜５１８は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物などの無機絶縁物質によって形成するか、または、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。ただし、以後に形成される有機半導体層との接触特性のために、無機絶縁物質より有機絶縁物質を用いてゲート絶縁膜５１８を形成することが好ましい。 The gate insulating film 518 is formed of an inorganic insulating material such as silicon oxide or silicon nitride, or an organic insulating material such as BCB, an acrylic material, or polyimide. However, it is preferable to form the gate insulating film 518 using an organic insulating material rather than an inorganic insulating material for contact characteristics with an organic semiconductor layer formed later.
ゲート絶縁膜５１８上に金属を蒸着した後、フォトエッチング技術でパターニングし、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂとオーバーラップされるようにゲート電極５２０を形成することで、有機薄膜トランジスタが完成する。 After depositing a metal on the gate insulating film 518, patterning is performed by a photo-etching technique, and the gate electrode 520 is formed so as to overlap the source / drain electrodes 514a and 514b, thereby completing the organic thin film transistor.
ゲート電極５２０は、クロム、銅、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン系列などの金属物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。 The gate electrode 520 is made of at least one or more of metal materials such as chromium, copper, molybdenum, aluminum, aluminum alloy, and tungsten series.
また、第４実施形態による有機薄膜トランジスタを含む液晶表示素子は、図１０に示すように、有機薄膜トランジスタが形成された基板５１０上に、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成された保護膜５２２と、コンタクトホール５１９を通してドレーン電極５１４ｂに連結されるように、保護膜５２２の画素領域にＩＴＯまたはＩＺＯによって形成される画素電極５２４とがさらに備わる。そして、下部基板５１０に対向して合着された上部基板５３２には、画素領域を除いた部分で光を遮光するブラックマトリックス５３０と、色相を実現するためのカラーフィルター層５２８と、画素を駆動するための共通電極５２６とが備わる。これら上部基板５３２と下部基板５１０とが所定空間を有して合着され、それらの間に液晶層５３１が形成される。 In addition, as shown in FIG. 10, the liquid crystal display device including the organic thin film transistor according to the fourth embodiment is formed of an organic insulating material such as BCB, an acrylic material, or polyimide on the substrate 510 on which the organic thin film transistor is formed. A protective film 522 and a pixel electrode 524 formed of ITO or IZO are further provided in the pixel region of the protective film 522 so as to be connected to the drain electrode 514b through the contact hole 519. The upper substrate 532 bonded to the lower substrate 510 has a black matrix 530 that blocks light in a portion excluding the pixel region, a color filter layer 528 for realizing a hue, and a pixel drive. And a common electrode 526 for performing the above operation. The upper substrate 532 and the lower substrate 510 are bonded together with a predetermined space, and a liquid crystal layer 531 is formed between them.
また、上記のような第４実施形態による有機薄膜トランジスタが形成された有機発光電界素子（図示せず）において、前記有機薄膜トランジスタが形成された基板４１０と対向して合着された上部基板には、第１電極と、第２電極と、これら第１電極と第２電極との間の有機発光層とを有する有機発光ダイオードが形成される。 In addition, in the organic light emitting field effect device (not shown) in which the organic thin film transistor according to the fourth embodiment is formed, the upper substrate bonded to the substrate 410 on which the organic thin film transistor is formed includes: An organic light emitting diode having a first electrode, a second electrode, and an organic light emitting layer between the first electrode and the second electrode is formed.
以上説明した本発明は、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で、多様な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者にとって明らかである。 The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications and changes can be made without departing from the technical idea of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art to which the invention pertains.
１１０ 基板
１１２ ゲート電極
１１４ ゲート絶縁膜
１１４ａ，１１４ｂ 接着層
110 Substrate 112 Gate electrode 114 Gate insulating film 114a, 114b Adhesive layer
Claims (5)
前記ゲート電極を含む基板の全面に有機絶縁物質のゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜上にプラズマ処理工程を行い、親水性の第１接着層を形成する段階と、
前記第１接着層上にソース/ドレーン金属層を形成し、そのソース/ドレーン金属層上にパターニングされたフォトレジストを形成し、前記パターニングされたフォトレジストをマスクで利用して前記ソース/ドレーン金属層をパターニングして、ソース／ドレーン電極を形成する段階と、
前記パターニングされたフォトレジストを残した状態で、前記ソース／ドレーン電極の間の前記第１接着層にＯ２とＣＦ４との混合ガスを利用してプラズマ再処理工程を行い、疎水性の第２接着層を形成した後、前記パターニングされたフォトレジストを除去する段階と、
前記第２接着層が含まれたゲート絶縁膜上に有機半導体層を形成する段階と、
を含み、
前記疎水性の第２接着層は、前記親水性の第１接着層より前記有機半導体層の グレインサイズを増加させてグレインバウンダリを減少させることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film of an organic insulating material on the entire surface of the substrate including the gate electrode;
Performing a plasma treatment process on the gate insulating film to form a hydrophilic first adhesive layer;
Forming a source / drain metal layer on the first adhesive layer, forming a patterned photoresist on the source / drain metal layer, the source / drain metal using the patterned photoresist using mask Patterning the layers to form source / drain electrodes;
A plasma reprocessing process is performed on the first adhesive layer between the source / drain electrodes using a mixed gas of O 2 and CF 4 while leaving the patterned photoresist, and a hydrophobic first layer is formed. 2 after forming the adhesive layer, removing the patterned photoresist;
Forming an organic semiconductor layer on the gate insulating layer including the second adhesive layer;
Including
The hydrophobic second adhesive layer of the preparation method of the organic thin film transistor and decreases were by grain boundaries increases the grain size of the organic semiconductor layer than the first adhesive layer of the parent aqueous.
前記バッファ膜上にプラズマ処理工程を行い、親水性の第１接着層を形成する段階と、
前記第１接着層上にソース/ドレーン金属層を形成し、そのソース/ドレーン金属層上にパターニングされたフォトレジストを形成し、前記パターニングされたフォトレジストをマスクで利用して前記ソース/ドレーン金属層をパターニングして、ソース／ドレーン電極を形成する段階と、
前記パターニングされたフォトレジストを残した状態で、前記ソース／ドレーン電極の間の前記第１接着層にＯ２とＣＦ４との混合ガスを利用してプラズマ再処理工程を行い、疎水性の第２接着層を形成した後、前記パターニングされたフォトレジストを除去する段階と、
前記第２接着層が形成されたバッファ膜上に有機半導体層及びゲート絶縁膜を順次形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する段階と、
を含み、
前記疎水性の第２接着層は、前記親水性の第１接着層より前記有機半導体層の グレインサイズを増加させてグレインバウンダリを減少させることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 Forming a buffer film of an organic insulating material on the substrate; performing a plasma treatment process on the buffer film; and forming a hydrophilic first adhesive layer;
Forming a source / drain metal layer on the first adhesive layer, forming a patterned photoresist on the source / drain metal layer, the source / drain metal using the patterned photoresist using mask Patterning the layers to form source / drain electrodes;
A plasma reprocessing process is performed on the first adhesive layer between the source / drain electrodes using a mixed gas of O 2 and CF 4 while leaving the patterned photoresist, and a hydrophobic first layer is formed. 2 after forming the adhesive layer, removing the patterned photoresist;
Sequentially forming an organic semiconductor layer and a gate insulating film on the buffer film on which the second adhesive layer is formed;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Including
The hydrophobic second adhesive layer of the preparation method of the organic thin film transistor and decreases were by grain boundaries increases the grain size of the organic semiconductor layer than the first adhesive layer of the parent aqueous.
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